Staphylococcus aureus zeigt eine außergewöhnlich starke Bindung an die menschliche Haut durch das Protein SdrD, das mit Desmoglein-1 (DSG-1) interagiert. Kalzium stabilisiert diese Bindung, die bei atopischer Dermatitis aufgrund gestörter Hautbarrieren und erhöhter Kalziumkonzentrationen verstärkt wird. Diese Mechanismen eröffnen neue Ansätze zur Bekämpfung von Hautinfektionen.
Untersucht wurde die Mechanik, durch die Staphylococcus aureus (S. aureus) mithilfe des Adhäsionsproteins SdrD an menschliche Haut bindet, mit besonderem Fokus auf die Rolle von Kalzium und der Hautbarriere. Es konnte nachgewiesen werden, dass SdrD hochfeste nicht-kovalente Bindungen mit dem Hautprotein Desmoglein-1 (DSG-1) eingeht. Diese Bindungen erreichen Kräfte von über 2 Nanonewton (nN) und gehören zu den stärksten biomolekularen Interaktionen, die bisher dokumentiert wurden.
Rolle von DSG-1 und Kalzium in der Adhäsion
DSG-1, ein kalziumabhängiges Protein, fungiert als zentraler Bestandteil der Hautbarriere und ermöglicht die Bindung von S. aureus an die Haut. Durch Kraftspektroskopie wurden spezifische Bindungsstellen auf DSG-1 identifiziert, die eine außergewöhnlich hohe mechanische Stabilität zeigen. Kalzium stabilisiert die Interaktionen, indem es sowohl die Struktur des SdrD-Proteins als auch die Bindung an DSG-1 verstärkt. Bei Kalziumentzug ließ sich eine signifikante Reduktion der Adhäsionskräfte beobachten, während die Zugabe von Kalzium die Bindungsstärke wiederherstellte.
Auswirkungen auf atopische Dermatitis (AD)
Bei Patienten mit atopischer Dermatitis, einer Erkrankung, die mit einer gestörten Hautbarriere und erhöhten Kalziumkonzentrationen in der Epidermis einhergeht, zeigte sich eine verstärkte Bindung von S. aureus an die Haut. Die unregelmäßige Verteilung von DSG-1 auf den Corneozytenoberflächen von AD-Patienten begünstigt die Adhäsion über die gesamte Zelloberfläche, im Gegensatz zur peripheren Bindung bei gesunder Haut. Die erhöhten Kalziumkonzentrationen in AD könnten die Bindungsstärke weiter intensivieren und dadurch die Kolonisation und Virulenz von S. aureus verstärken.
Mechanische Stabilität und therapeutische Implikationen
Die B-Domänen des SdrD-Proteins fungieren als mechanische „Stoßdämpfer“ und schützen die A-Domäne unter mechanischer Belastung. Die besondere Struktur sowie die Kalziumabhängigkeit des SdrD-DSG-1-Komplexes bieten potenzielle Ansätze zur therapeutischen Blockierung der Bindung von S. aureus. Dies könnte insbesondere bei AD-Patienten hilfreich sein, um bakterielle Kolonisation und die damit verbundenen Komplikationen zu reduzieren.
Originalpublikation: Chantraine C, Gomes PSFC, Mathelié-Guinlet M, et al. Ultrastrong Staphylococcus aureus adhesion to human skin: Calcium as a key regulator of noncovalent interactions. Sci Adv. 2025; 11: eadu7457
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